IGBT已经是非常成熟的产品,目前在中高电压领域的市场规模达16亿美元。未来IGBT有向缩小电压范围发展的趋势,以满足电视机、计算机适配器和照相机等消费类目标应用需求,从而抢占更多市场。与此同时,在上述应用中的SJMOSFET可提供更快的开关频率和具有竞争力的价格,2012年年底,SJMOSFET市场规模将达5.67亿美元。
功率电子领域主要负责DC-DC转换、AC-DC转换、电机驱动等工作。需要更轻更小更高效率更便宜,目前有4种技术来对应这些要求,分别是silicon IGBT,Super Junction(SJ) MOSFETs,Gallium Nitride(GaN)Silicon Carbide(SiC)-baseddevices.
GaN和SiC对功率电子市场来说还不成熟。前者要求在制造工艺上做技术改进,特别是外延厚度;而后者,目前是一种昂贵的材料,不适合在消费类市场使用。
从功率处理能力来分,功率半导体分立器件可分为四大类,包括低压小功率分立器件(电压低于200V,电流小于200mA)、中功率分立器件(电压低于200V,电流小于5A)、大功率分立器件(电压低于500V,电流小于40A)、高压特大功率分立器件(电压低于2,000V,电流小于40A)。
IGBT是RCA公司和GE公司在1982年提出并于1986年开始正式生产并逐渐系列化的器件,是继双极晶体管(GTR)和MOSFET后的第三代功率半导体分立器件,其综合GTR和MOSFET的优点,具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高的特点,广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、UPS以及逆变焊机当中,是目前发展最为迅速的新一代功率器件。
IGBT下游应用领域也非常广阔,从IGBT的耐压范围上来分,600V-1200V的IGBT主要用于电磁炉、电源、变频家电等产品,现阶段这部分市场的IGBT用量最大;低于600V的IGBT主要用于数码相机闪光灯和汽车点火器上;电压大于1200V的IGBT主要以1700V的IGBT为主,这部分产品主要用在高压变频器等工业产品上。
未来推动IGBT市场增长的最主要领域是变频器、变频家电、轨道交通产业、太阳能及风能可再生能源、混合动力车和纯电动车。出汽车外的市场都集中在中国。
变频器产业:变频器对电机转速和转矩进行实时调节,由此可以节约不必要的能源浪费。应用变频器的电动机节能效果明显,一般节能率在20%-30%,较高的可以超过50%,节能潜力巨大。由于变频器广泛应用到机械、油气钻采、冶金、石化、电力和市政等领域,具有广泛的下游应用需求,未来市场将有望保持持续增长,其中,我们预计高压变频器未来三年将保持40%以上的增速,而中低压变频器未来三年也将保持20%以上的增速。变频器市场快速的增长,将保证作为变频器主要原材料的IGBT的需求快速增长。
目前国内基本都是只能做到封装IGBT管,完全自主生产我没有看到,虽然南车说自己有8英寸线,但未听说正式投产。
更先进的SIC和GAN,中国是完全空白,基本是日本\美\德的天下。
SiC比GaN最佳工作电压更高,最佳工作功率更高。其应用范围比较窄,局限在轨道交通、海上风电、PV和工业驱动领域。对于HEV、EV和PHEV市场,SiC比GaN缺乏竞争力。HEV是目前市场主流,被丰田垄断,而丰田倾向于采用GaN而非SiC,当然了2015年之前IGBT还是主流。
丰田第二代普瑞斯PCU中采用的逆变器IGBT为平面型,从第三代开始采用沟道型,因此后者的IGBT尺寸和厚度均小于第二代PCU.其中,芯片面积减小约17%,为11.7mm×9.4mm,厚度从380μm减至165μm.还提高了耐压,从850V增至1250V.另外,第三代PCU中配备的IGBT,每枚芯片流过的电流为200A左右。
由于与SiC-MOSFET为纵向型元器件不同,GaN-MOSFET为横向型元器件,因而容易将外围芯片集成在同一底板上。这一点很有吸引力。由于可采用硅底板,因此不会像SiC那样受到底板尺寸的限制。将来在汽车领域,有可能分为SiC-MOSFET及GaN-MOSFET分别采用。某些大马力的HEV、EV、PHEV可能使用SiC-MOSFET,但HEV、EV、PHEV的卖点就是环保而非大马力,与汽油机轿车相比,HEV、EV、PHEV的马力肯定不足。
轨道交通将是SiC最主要的市场,日本三大SiC厂家三菱、东芝和日立都是全力以赴开发此市场,三菱动作最迅速。 |